基于MCU船用多芯儀表電纜測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡彩霞 張廣來

摘? ?要：船用儀表電纜具有芯線量大、敷設(shè)與端接前后測試頻繁等特點(diǎn)，常規(guī)儀表無法快速、準(zhǔn)確完成導(dǎo)通測試與絕緣測試。文章提出了一套基于主控MCU與從控MCU架構(gòu)的船用多芯儀表電纜測試系統(tǒng)，能準(zhǔn)確、快速地完成儀表電纜功能性測試，系統(tǒng)操作簡單、運(yùn)行穩(wěn)定，具有較高的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：儀表電纜;導(dǎo)通測試;絕緣測試;微控制單元

在船只制造過程中，多芯儀表電纜已大規(guī)模使用，電纜敷設(shè)前、敷設(shè)后、與儀表端接后均需進(jìn)行絕緣測試與導(dǎo)通測試，以確保電纜啟用前無故障[1]。常規(guī)方法為使用絕緣測試儀完成絕緣測試，使用萬用表完成導(dǎo)通測試，主要缺點(diǎn)為測試誤差大、測試結(jié)果無法自動保存和打印輸出且人工消耗量大，再加之船用儀表電纜具有芯線數(shù)多、測試頻率高等特點(diǎn)，嚴(yán)重制約了施工現(xiàn)場電纜測試進(jìn)度[2]。通過介紹船用儀表電纜測試儀，設(shè)計(jì)基于主控微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）和從控MCU架構(gòu)的測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了最大32芯電纜導(dǎo)通與絕緣阻值的自動測量，既保證了測試的質(zhì)量和效率，又降低了人工測量消耗，有效降低了生產(chǎn)成本。

1? ? 系統(tǒng)簡介

多芯船用儀表電纜測試系統(tǒng)主要由電纜導(dǎo)通測試電路、線圈絕緣電阻測試電路、模式控制電路、32芯電纜選通電路、主控MCU、從控MCU、上位機(jī)配置和數(shù)據(jù)采集存儲軟件、數(shù)據(jù)自動化處理軟件等組成，如圖1所示。

2? ? 工作原理

主控MCU負(fù)責(zé)與上位機(jī)軟件進(jìn)行通信，接收上位機(jī)軟件的控制信息，并對從控MCU模式控制電路、多芯選通電路等進(jìn)行配置[3];從控MCU接收主控MCU的配置指令，對電纜通斷測試電路、線圈絕緣電阻測試電路進(jìn)行控制，配合主控MCU，完成電纜通斷測試盒線圈絕緣電阻測試[4]。總體工作流程如圖2所示。

3 電纜測試控制電路設(shè)計(jì)

3.1? 導(dǎo)通測試電路設(shè)計(jì)

電纜導(dǎo)通采用開爾文四線檢測方法進(jìn)行檢測，相比于傳統(tǒng)的兩線測量方法，四線測量方法能夠消除測量儀本身由于線纜等引起的內(nèi)阻問題，測量精度更高[5]，測試方法如圖3所示。

四線制測量方法，將電壓測量回路與電流傳輸回路進(jìn)行了分離，在線纜電阻R1和R4上沒有電流通過，測量到的電壓為被測電阻R兩端的電壓值，電壓測量的結(jié)果V=I×R，解算得到的電阻R=V/I，消除了線纜電阻的影響，提高了測量精度。

3.2? 絕緣測試電路設(shè)計(jì)

線圈絕緣電阻測試電路需要用到50 V，100 V直流電壓，為保證測試的安全性、準(zhǔn)確性，選用成熟的絕緣電阻測試儀作為線圈絕緣電阻的測試電路。多芯儀表電纜測試系統(tǒng)通過從控MCU對線圈絕緣電阻測試電路進(jìn)行控制。

3.3? 主控、從控MCU

多芯儀表電纜測試系統(tǒng)內(nèi)部由于需要進(jìn)行控制的電路較多，采用主控和從控MCU的架構(gòu)。主控MCU負(fù)責(zé)與PC機(jī)進(jìn)行通信，接收PC機(jī)下發(fā)的控制指令，解析后，按照測試項(xiàng)目，生成自動化測試序列，實(shí)現(xiàn)對從控MCU、模式控制電路、32芯電纜選通電路的自動控制;從控MCU接收主控MCU的指令，對絕緣電阻測試儀、電纜導(dǎo)通測試電路進(jìn)行控制，采集絕緣電阻測試儀、電纜導(dǎo)通測試電路的測量結(jié)果，打包組幀傳輸給主控MCU;主控MCU接收到從控MCU的測試指令后，按照測試項(xiàng)目的要求將測試結(jié)果傳輸給PC機(jī)，直到需要測試的項(xiàng)目全部完成。

3.4? 模式控制電路

在進(jìn)行測試時(shí)，模式控制電路用于切換不同的工作模式，提供測試電路的電路接口，同時(shí)需要響應(yīng)上位機(jī)軟件的配置指令。由于線圈絕緣電阻測試存在高壓，模式控制電路需要對高壓和低壓電路進(jìn)行隔離[6]，本系統(tǒng)采用耐高壓的開關(guān)進(jìn)行隔離。

4? ? 測試結(jié)果分析

選用FLUKE 287和多芯儀表電纜測試儀分別對標(biāo)準(zhǔn)電阻值（10 Ω）的測量，測試結(jié)果如表1所示。

從表1數(shù)據(jù)對比可知，F(xiàn)LUKE 287和多芯儀表電纜測試儀平均誤差均小于1%，且數(shù)值相近，但多芯電纜測試儀數(shù)據(jù)分布較為集中，而FLUKE 287因受制于人為誤差，數(shù)據(jù)分布較為分散，對測試結(jié)果影響較大。

選用FLUKE 1508和多芯儀表電纜測試儀，均使用50 V直流電分別對同一根芯線對地絕緣電阻進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表2所示。

該儀表電纜絕緣合格的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為在50 V直流電下對地絕緣阻值大于10 MΩ，從測試結(jié)果分析，均滿足要求。但由于FLUKE1508采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定期較長，且人為誤判概率高，測試精準(zhǔn)度要低于電纜測試儀;FLUKE1508和多芯儀表電纜測試儀電纜端接時(shí)間為2 s，但FLUKE1508測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定期大于10 s，而測試儀測量時(shí)間不足1 s，效率遠(yuǎn)高于FLUKE1508。

5? ? 結(jié)語

從測試結(jié)果可以看出，船用多芯儀表電纜測試儀測試效率和精度遠(yuǎn)高于現(xiàn)有測試儀表，實(shí)現(xiàn)了測試、記錄、判斷一鍵操作，降低了人工成本，極大地提高了測試效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]孫啟飛.電纜檢測技術(shù)的應(yīng)用與提高[J].低壓電器，2010（1）：49-53.

[2]蔣雪花，郭春育.電線電纜絕緣電阻及測量方法的探討[J].科學(xué)創(chuàng)新論壇，2011（2）：149.

[3]黃正謹(jǐn)，徐堅(jiān)，章小麗，等.CPLD系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)入門與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.

[4]蘇靜，孟上，李文海.基于單片機(jī)的電纜測試設(shè)計(jì)[J].光纖與電纜及應(yīng)用技術(shù)，2005（2）：24-26.

[5]魏書寧.電力電纜故障檢測的方法與分析[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動化，2005（3）：125-126.

[6]何志遠(yuǎn).通信電纜斷電單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子與自動化，2000（3）：6-8.